第六章　門電路及組合邏輯電路

§6-1分立元件門電路§6-2集成門電路§6-3邏輯代數(shù)基礎§6-4組合邏輯電路1.?理解與、或、非三種基本邏輯關系。2.?掌握與門、或門、非門的邏輯功能，熟悉其邏輯符號。3.?掌握與非門、或非門、異或門等復合邏輯門的邏輯功能，熟悉其邏輯符號，會寫邏輯表達式和真值表。學習目標§6-1分立元件門電路在邏輯關系的描述中，通常只用到兩種相反的工作狀態(tài)，如開關的“通”與“斷”、電燈的“亮”與“滅”、數(shù)字信號的“高電平”與“低電平”等。對這些事物相互對立的狀態(tài)，常用“1”和“0”兩個不同的符號來表示。如前述幾種相互對立的狀態(tài)中，前者用“1”表示，后者用“0”表示，這稱為正邏輯體制；反之，稱為負邏輯體制。本教材除非特別說明，均采用正邏輯體制。一、“與”門電路1.?“與”邏輯關系在圖所示電路中，只有當兩個開關同時接通時，燈才亮；否則燈不會亮。這個例子說明，要使燈亮（結果），兩個開關必須同時接通（條件全部具備），這種邏輯關系稱為“與”。A、B表示條件（開關的狀態(tài)），Y表示結果（燈的狀態(tài)）。若用符號“1”表示開關通和燈亮，“0”表示開關斷和燈滅，可得表。這種用“1”和“0”表示條件的所有組合和對應結果的表格稱為“真值表”。“與”邏輯關系圖“與”門真值表2.?二極管“與”門電路實現(xiàn)“與”邏輯關系的電路稱為“與”門電路。二極管“與”門電路二、“或”門電路1.?“或”邏輯關系在圖所示電路中，只要兩個開關中有一個接通，燈就能亮；只有當兩個開關都斷開時，燈才會滅?！盎颉边壿嬯P系“或”門真值表2.?二極管“或”門電路實現(xiàn)“或”邏輯關系的電路稱為“或”門電路?！盎颉边壿嫹柖O管“或”門電路三、“非”門電路1.?“非”邏輯關系在圖中，開關與燈并聯(lián)，當開關斷開時，燈亮；當開關接通時，燈滅?！胺恰边壿嬯P系“非”門真值表2.?三極管“非”門電路如圖所示為三極管“非”門電路。圖中，三極管工作在飽和或截止兩種狀態(tài)?！胺恰边壿嫹柸龢O管“非”門電路四、復合邏輯門電路1.?“與非”門在“與”門之后接一個“非”門，就構成了“與非”門，其邏輯結構和邏輯符號如圖所示?！芭c非”門邏輯結構和邏輯符號“與非”門真值表2.?“或非”門在“或”門之后接一個“非”門，就構成了“或非”門，其邏輯結構和邏輯符號如圖所示?！盎蚍恰遍T邏輯結構和邏輯符號“或非”門真值表3.?“異或”門“異或”門由兩個“與”門、兩個“非”門及一個“或”門組合而成，其邏輯結構和邏輯符號如圖所示?！爱惢颉遍T邏輯結構和邏輯符號“異或”門真值表1.?了解TTL、CMOS門電路的特點，掌握其邏輯功能，并能根據(jù)邏輯功能寫出相應的邏輯符號、邏輯表達式和真值表。2.?了解CMOS傳輸門和模擬開關電路，掌握其邏輯符號。3.?掌握OC門和TS門的邏輯符號，了解其應用。4.?了解數(shù)字集成門電路的使用注意事項。5.?掌握TTL門電路與CMOS門電路的連接方法。學習目標§6-2集成門電路基本邏輯關系可以用分立元件組成的電路來實現(xiàn)，也可以由集成電路來實現(xiàn)。隨著電子技術的發(fā)展和電子集成技術的發(fā)展，出現(xiàn)了常用的小規(guī)模集成門電路，其中最常見的是TTL集成“與非”門（由晶體管——雙極型三極管組成）和CMOS集成門（由MOS管——單極型三極管組成）。一、TTL集成“與非”門電路?圖所示為TTL集成“與非”門的典型電路，它由輸入級、中間級和輸出級三部分組成。TTL集成“與非”門的典型電路其中的輸入級以多發(fā)射極晶體管V1（多發(fā)射極晶體管的等效電路如圖所示）為主，它和電阻R1一起組成輸入級，完成“與”邏輯功能，其每一個發(fā)射極都相當于一只二極管。多發(fā)射極晶體管的等效電路1.?邏輯功能分析當輸入端A、B為全“1”時，V1的幾個發(fā)射結都處于反偏狀態(tài)，其集電極輸出高電平，使V2和V4同時達到飽和導通，此時V3截止，輸出端Y輸出低電平“0”；當輸入端A、B中至少有一個為“0”時，V1的幾個發(fā)射結中至少有一個處于飽和導通狀態(tài)，其集電極輸出低電平，使V2和V4截止，此時V3飽和導通，輸出端Y輸出高電平“1”。2.?主要參數(shù)TTL集成“與非”門的主要參數(shù)反映了電路的工作速度、抗干擾能力和驅動能力等。TTL集成“與非”門的主要參數(shù)TTL集成“與非”門具有廣泛的用途，利用它可以組成很多不同邏輯功能的電路，其外形和引腳排列如圖所示。如TTL“異或”門就是在TTL“與非”門的基礎上適當?shù)馗膭雍徒M合而成的；此外，后面討論的編碼器、譯碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器等邏輯電路也都可以由它來組成。TTL集成“與非”門的外形和引腳排列a）外形b）引腳排列二、MOS集成門電路?MOS集成門電路以絕緣柵場效應管為基本元件組成，MOS場效應管有PMOS和NMOS兩類。CMOS集成門電路是由PMOS和NMOS組成的互補對稱型邏輯門電路。它具有集成度更高、功耗更低、抗干擾能力更強、扇出系數(shù)更大等優(yōu)點。1.?MOS管特點（1）NMOS管（2）PMOS管2.?幾種CMOS集成門電路幾種CMOS門電路的電路結構、工作原理和邏輯表達式幾種CMOS門電路的電路結構、工作原理和邏輯表達式3.?CMOS傳輸門和模擬開關CMOS傳輸門a）電路組成b）邏輯符號CMOS模擬開關a）電路組成b）邏輯符號三、其他類型集成門電路1.?集電極開路與非門（OC門）在這種類型的電路內部，輸出三極管的集電極是開路的，故稱集電極開路與非門，也稱集電極開路門，簡稱OC門。OC門a）邏輯符號b）外接上拉電阻74LS01是一種常用的OC門，其外形和引腳排列如圖所示。74LS01的外形和引腳排列a）外形b）引腳排列OC門的主要應用如下：（1）直接驅動發(fā)光二極管或小型繼電器（2）實現(xiàn)線與功能2.?三態(tài)門（TS門）三態(tài)門是傳輸門的一種，主要用于對信號傳輸?shù)目刂?，又稱TS門。三態(tài)輸出與非門邏輯符號和邏輯功能74LS125的外形和引腳排列a）外形b）引腳排列（1）用三態(tài)門構成單向總線電路連接如圖所示。只有當某三態(tài)門的控制端為高電平時，該三態(tài)門才處于工作狀態(tài)，其余三態(tài)門均處于高阻狀態(tài)，而且任何時刻只能有一個三態(tài)門處于工作狀態(tài)。這樣，總線（或稱母線）就能輪流接收各三態(tài)門的輸出。用三態(tài)門構成單向總線（2）用三態(tài)門構成雙向總線電路連接如圖所示。三態(tài)門G1控制端為高電平有效，G2控制端為低電平有效。用三態(tài)門構成雙向總線四、集成門電路使用注意事項1.?TTL門電路使用注意事項（1）TTL門電路的電源正端為VCC，負端為（GND）。（2）TTL與非門多余輸入端一般不要懸空，防止受外界干擾。（3）除OC門和TS門外，TTL門電路輸出端不允許直接接電源VCC，也不允許并聯(lián)使用。（4）多余門中的輸入端子接入的電平值以不影響輸出值為原則。2.?CMOS門電路使用注意事項（1）CMOS門電路的正電源端為VDD，負電源端為VSS，使用時，通常將VSS接地。（2）多余輸入端不能懸空。（3）輸出端不允許直接與VDD或VSS

連接，不允許線與。（4）開機時，先接通電源，后輸入信號；關機時，先斷信號，后斷電源。（5）CMOS門電路應存放在具有良好靜電屏蔽的導電容器內，或將全部引腳短路。（6）焊接時電烙鐵應接地良好，功率不得超過20W，利用電烙鐵的余熱進行焊接。（7）不能帶電插拔芯片。五、TTL門電路與CMOS門電路的連接在電路中常遇到TTL門電路和CMOS門電路混合使用的情況，由于這些電路相互之間的電源電壓和輸入、輸出電平及負載能力等參數(shù)不同，因此，它們之間的連接必須通過電平轉換或電流轉換電路，使前級器件輸出的邏輯電平滿足后級器件對輸入電平的要求。邏輯器件的接口電路主要應考慮電平匹配和電流匹配兩個問題。1.?TTL門電路驅動CMOS門電路（1）可在TTL門電路輸出端與電源之間接一個上拉電阻R，如圖所示，使輸出高電平提高到3.5V以上，一般R的取值為1～4.7kΩ。在TTL門電路輸出端與電源之間接上拉電阻（2）使用帶電平轉換作用的CMOS門（如CC40109）實現(xiàn)電平轉換，如圖所示。使用帶電平轉換作用的CMOS門實現(xiàn)電平轉換2.?CMOS門電路驅動TTL門電路（1）幾個同功能的CMOS門電路并聯(lián)使用，將其輸入端并聯(lián)，輸出端也并聯(lián)（TTL門電路是不允許并聯(lián)的），如圖所示。將CMOS門電路并聯(lián)以提高帶負載能力a）與非門b）或非門c）非門（2）選用74HC/74HCT系列CMOS門電路直接驅動TTL門電路。（3）在CMOS門電路輸出端增加一級CMOS驅動器（如CC4010、CC40107）作為接口電路，如圖a所示。也可增加一級三極管放大器來擴展輸出電流，如圖b所示。CMOS門電路和TTL門電路的連接a）增加一級CMOS驅動器b）接入三極管放大器1.?能熟練地掌握二進制數(shù)和十進制數(shù)之間的轉換，掌握邏輯代數(shù)的基本運算法則，會進行不同進制數(shù)的轉換，熟悉8421BCD碼的編碼規(guī)則。2.?掌握邏輯代數(shù)的基本定律、公式和規(guī)則，能運用邏輯代數(shù)法化簡邏輯函數(shù)，掌握由真值表寫邏輯表達式的方法，并能對邏輯電路圖、邏輯表達式、真值表三者進行相互轉換。學習目標§6-3邏輯代數(shù)基礎一、數(shù)制與碼制1.?數(shù)制及其相互轉換數(shù)制是進位計數(shù)的方法。（1）十進制1）十進制數(shù)有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個數(shù)字符號，十進制數(shù)用它們中的若干個來表示，通常將計數(shù)數(shù)碼的個數(shù)稱為基數(shù)，十進制的基數(shù)為10。2）處于不同位置的同一個數(shù)字代表的數(shù)大小不同，這是因為該位的權不同，十進制數(shù)的權為以10為底的冪，冪的大小由所在的位數(shù)決定。3）按“逢十進一”的規(guī)律計數(shù)，即低位計數(shù)到9時再加1就滿10了，這時應向高位進1。（2）二進制1）任意一個二進制數(shù)都可用0和1兩個數(shù)字符號來表示，所以其計數(shù)的基數(shù)為2。2）同樣，二進制數(shù)的權也是因所處位置的不同而不同，二進制數(shù)的權是以2為底的冪，冪的大小也由所在的位數(shù)決定。3）按“逢二進一”的規(guī)律計數(shù)，即低位計數(shù)到1時再加1就滿2了，這時應向高位進1，同時本位歸0。二進制數(shù)的四則運算規(guī)則（3）兩種數(shù)制之間的相互轉換1）二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)2）十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)2.?碼制在數(shù)字系統(tǒng)中，常用二進制數(shù)碼來表示特定的信息。（1）自然二進制碼（2）8421BCD碼二、邏輯代數(shù)及邏輯函數(shù)的化簡1.?邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)或者開關代數(shù)，它是研究邏輯電路的數(shù)學工具。邏輯代數(shù)的基本公式和基本定律邏輯代數(shù)的基本公式和基本定律2.?邏輯函數(shù)的化簡邏輯函數(shù)的化簡，一般講就是要求得某個邏輯函數(shù)的最簡“與-或”表達式，即符合“乘積項的項數(shù)最少”和“每個乘積項中包含的變量個數(shù)最少”這兩個條件。（1）并項法（2）吸收法（3）消去法（4）配項法三、邏輯函數(shù)的表達方式及其互相轉換1.?邏輯函數(shù)的表達方式邏輯電路的功能可用邏輯函數(shù)來表述。對于某一實際問題的功能要求，如果以邏輯自變量（原因）作為輸入，以邏輯因變量（結果）作為輸出，那么當輸入量的取值確定后，輸出量便隨之確定，這種輸出與輸入之間的函數(shù)關系就稱為邏輯函數(shù)。邏輯函數(shù)除可以用邏輯函數(shù)表達式（邏輯表達式）表示以外，還可以用相應的真值表以及邏輯電路圖來表示。真值表與前述基本邏輯關系的真值表類似，就是將各個變量取真值（0和1）的各種可能組合列寫出來，得到對應邏輯函數(shù)的真值（0或1）。邏輯電路圖（邏輯圖）是指由基本邏輯門或復合邏輯門等邏輯符號及它們之間的連線構成的圖形。2.?邏輯圖與邏輯表達式的互換（1）由邏輯圖寫出邏輯表達式由邏輯圖寫出邏輯表達式的方法是：從輸入端著手，逐級寫出各級輸出端的函數(shù)式，最后得到該邏輯圖所表達的邏輯函數(shù)。（2）由邏輯表達式畫出邏輯圖由邏輯表達式畫邏輯圖的方法是：將表達式中的“與”“或”和“非”等基本邏輯運算用相應的邏輯符號表示，并將它們按運算的先后順序連接起來。3.?邏輯表達式與真值表的互換（1）由邏輯表達式列真值表（2）由真值表寫出邏輯表達式1.?掌握組合邏輯電路的功能和特點，了解組合邏輯電路的一般分析方法和設計方法。2.?了解編碼器、譯碼器典型集成電路的引腳功能和使用方法。3.?掌握七段半導體數(shù)碼管的使用方法。學習目標§6-4組合邏輯電路組合邏輯電路是數(shù)字邏輯電路中的一種類型，它是由若干個基本邏輯門電路和復合邏輯門電路組成的。組合邏輯電路的輸入端可以有一個或多個輸入變量，輸出端也可以有一個或多個邏輯函數(shù)，是一種非記憶性邏輯電路。常見的組合邏輯電路有編碼器、譯碼器、加法器、比較器、數(shù)據(jù)